6-Qual das opçōes abaixo representa corretamente um dopante tipo N em semicondutores?justifique
1.Fósforo em silício.
2. Aluminio em germânio.
3.Boro em silício.
4.Magnésio em germânio.
5.Litio em ouro.

Passo 1

O enunciado pede para escolher qual das opções representa corretamente um dopante tipo N em semicondutores e justificar a escolha. As opções dadas são:
1. Fósforo em silício.
2. Alumínio em germânio.
3. Boro em silício.
4. Magnésio em germânio.
5. Lítio em ouro.
Informações implícitas no enunciado que vamos usar: cada opção indica um par “elemento dopante + material” e precisamos classificar o tipo de dopagem (N ou não N) e justificar por que é ou não um dopante do tipo N.

Passo 2

O que significa “dopante tipo N”? Vou explicar devagar, como se estivéssemos conversando no corredor da faculdade. Um semicondutor cristalino puro (intrínseco), como silício ( \text{Si}) ou germânio ( \text{Ge}), tem cada átomo com 4 elétrons de valência e forma 4 ligações covalentes com os vizinhos. Na dopagem, substituímos alguns átomos do cristal por átomos de outro elemento (substituição) que têm diferente número de elétrons de valência. Se o átomo dopante tiver mais elétrons de valência do que o anfitrião, sobra um elétron extra que fica praticamente livre para conduzir corrente — isso é dopagem tipo N (N de negativo, porque aumenta elétrons livres). Se o dopante tiver menos elétrons de valência, ele cria falta de elétrons (lacunas, “holes”) e isso é dopagem tipo P.

Passo 3

Regras práticas e fáceis de lembrar:
  • Elementos do grupo V (ou grupo 15 da tabela periódica) têm 5 elétrons de valência — exemplos: fósforo ( P), arsênio ( As), antimônio ( Sb). Inseridos em um cristal de silício ( \text{Si}) ou germânio ( \text{Ge}), eles tendem a doar 1 elétron extra → dopante tipo N.
  • Elementos do grupo III (ou 13) têm 3 elétrons de valência — exemplos: boro ( B), alumínio ( Al). Inseridos em \text{Si} ou \text{Ge}, faltará um elétron para completar as 4 ligações → formam lacunas → dopante tipo P.
  • Elementos de grupos muito diferentes (como grupo II ou I) ou dopagem em metais têm comportamentos diferentes (níveis profundos, aceitadores múltiplos ou situação sem sentido prático) — normalmente não são usados como doadores N em semicondutores cristalinos comuns.

Passo 4

Aplicando isso à opção 1: “Fósforo em silício”.
O fósforo ( P) pertence ao grupo V e tem 5 elétrons de valência. O silício ( \text{Si}) tem 4 elétrons de valência. Quando um átomo de P substitui um átomo de \text{Si} na rede, 4 dos elétrons de P fazem as ligações covalentes com os vizinhos (como o átomo de \text{Si} faria) e sobra 1 elétron extra. Esse elétron extra fica fracamente ligado ao átomo de P (nível doador, próximo à banda de condução) e é facilmente ionizado à temperatura ambiente, aumentando a concentração de elétrons livres. Logo, P em \text{Si} é um dopante do tipo N. (Essa é a resposta clássica usada em semicondutores.)

Passo 5

Analisando a opção 2: “Alumínio em germânio”.
O alumínio ( Al) é do grupo III e tem 3 elétrons de valência; o germânio ( \text{Ge}) tem 4. Substituindo um átomo de \text{Ge} por Al, falta um elétron para completar as 4 ligações, então aparece uma lacuna (hole) que pode conduzir carga positiva — isso é dopagem tipo P (aceitadora). Portanto, Al em Ge não é tipo N.

Passo 6

Analisando a opção 3: “Boro em silício”.
O boro ( B) também é do grupo III com 3 elétrons de valência. Em \text{Si}, o comportamento é análogo ao do Al em \text{Ge}: cria lacunas → dopagem tipo P. Então B em \text{Si} não é tipo N.

Passo 7

Analisando a opção 4: “Magnésio em germânio”.
O magnésio ( Mg) é do grupo II com 2 elétrons de valência. Substituir um átomo de \text{Ge} (com 4 elétrons) por Mg deixa uma diferença maior: teoricamente cria dois níveis de aceitação (duas lacunas) ou níveis profundos no gap — comportamento aceitador ou defeituoso, não um doador simples. Além disso, dopantes de grupo II raramente são usados como doadores N em \text{Ge}. Portanto Mg em Ge não é dopante tipo N.

Passo 8

Analisando a opção 5: “Lítio em ouro”.
O lítio ( Li) é do grupo I com 1 elétron de valência; mas o anfitrião aqui é ouro ( Au), que é um metal, não um semicondutor. O conceito prático de “dopagem tipo N” refere-se a adição de impurezas em semicondutores para controlar portadores; em metais como o ouro a eletrônica de bandas e a condutividade já são dominantes por elétrons livres e “dopagem” desse tipo não faz sentido prático na mesma acepção — além disso, Li em semicondutores não seria a escolha típica para um doador simples em redes cristalinas de \text{Si} ou \text{Ge}. Logo essa opção está fora do escopo e não é a resposta correta.

Passo 9

Resumo comparativo e conclusão: das cinco opções, apenas a opção 1 (fósforo em silício) corresponde exatamente ao caso clássico de dopante doador (grupo V em semicondutor de grupo IV), que produz elétrons livres e portanto dopagem tipo N. As demais opções são dopantes tipo P, dopantes de outros comportamentos, ou não fazem sentido no contexto de semicondutores.

Resposta

1. Fósforo em silício.

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